科学家制造了一个含18个碳原子的稳定环碳环

来自牛津大学和IBM研究院的一组科学家成功地制造了环[18]碳(C18)，这是由18个碳原子制成的最小的环碳，预计是一个热力学稳定的碳环。先进的显微镜技术提供了相同的图像来证明结构。

这项研究在美国科学促进会的科学杂志上发表的一篇研究论文和牛津大学网站上的博客文章中有所描述。

碳可以以多种构型排列，并且一种这样的形式是环[n]碳，其是键合到每个仅由碳原子组成的碳原子环。通过各向同性的碳，在相同物理状态下以两种或更多种形式存在的元素的性质可以以金刚石，石墨，富勒烯和具有不同物理和化学性质的其他形式存在。

当环中的每个碳原子与其他三个碳原子键合时，它是相对柔软的石墨，而只需再添加一个键，就会成为已知最硬的矿物之一 - 钻石。当60个碳原子以足球形状结合在一起时，你会得到巴基球。

然而，由于它们的高反应性，直到现在还没有实现其中每个原子与两个其他碳原子键合的碳原子环，因为它们不能被分离或结构表征。过去的尝试导致气态碳环一旦形成就会消散。

他们是如何成功实现这一目标的

研究人员能够通过消除环氧化碳分子C24O6(一种三角形环氧化碳化合物，其中18个碳原子与六个一氧化碳键合)中的一氧化碳来生产C18化合物。他们使用原子操作，因为他们将这种混合物转移到铜板(Cu)上的氯化钠(NaCl)层，在5开尔文的真空室中冷却。

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拆除脚手架制作戒指(图片来源：IBM Research)

这提供了惰性表面，通过从结构中除去一氧化碳(CO)分子，使结构保持结构稳定，仅留下碳原子环，其中碳原子的多环结构具有交替的三键和单键。

移除脚手架以制作戒指并不像听起来那么简单。“我们从C24O6中去除了所有六个CO部分，产率为13%，通常产生环状分子，”研究人员在他们的论文中写道。

环[n]碳的结构一直是一个长期争论，即碳原子是否在仅通过双键连接或通过交替的单键和三键连接的环中。通过高分辨率原子力显微镜表征环[18]碳揭示了具有确定的交替三键和单键位置的多环结构。

对这种环碳化合物结构的研究表明它可以作为半导体。这意味着它在电子产品中具有潜在用途。这种同素异形体的高反应性，即首先使环碳烃难以分离的特性，可用于制造其他碳同素异形体和富碳材料。

研究人员写道，“我们的结果”提供了对环状碳结构的直接实验见解，并开辟了通过原子操纵产生其他难以捉摸的富碳分子的方法。